“Python語言”課程教學(xué)體系改革研究

龔俊梅 劉 洋

1.電子科技大學(xué)成都學(xué)院文理學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)系 四川成都 611731；2.電子科技大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院 四川成都 611731

1 概述

在大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)發(fā)展的新形勢下，如今統(tǒng)計(jì)類或數(shù)學(xué)類專業(yè)的應(yīng)用型本?？粕诵枰邆浠镜臄?shù)據(jù)分析技能，還需要掌握一定的計(jì)算機(jī)編程技能?！癙ython語言”是一款用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、可視化等任務(wù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等領(lǐng)域的解釋型、面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它能滿足幾乎所有數(shù)據(jù)挖掘所需的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)模型和圖表繪制等功能需求[1]。從目前人才市場的需求來看，具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和Python編程應(yīng)用技能的復(fù)合型人才更加受到青睞。因此，從應(yīng)用型人才培養(yǎng)的角度，對該專業(yè)的學(xué)生開設(shè)Python課程的必要性尤為凸顯，然而當(dāng)前高等學(xué)校Python課程存在問題較多，針對我校Python教學(xué)過程存在的問題，課程組進(jìn)行了教學(xué)體系改革，搭建了支持移動終端遠(yuǎn)程調(diào)試的開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建了線上學(xué)習(xí)資源庫并搭建了GitHub師生互動平臺，顯著改善了教學(xué)效果。

2 “Python語言”教學(xué)過程問題分析

2.1 課外練習(xí)受到硬件設(shè)施限制

由于Python課程是針對大一新生開的課，大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)沒有電腦，僅僅只通過課堂教學(xué)時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐操作。同時(shí)，課程課時(shí)相對緊張，若在課堂上花費(fèi)大量時(shí)間練習(xí)，教學(xué)進(jìn)度會受到影響。此外，課后學(xué)生無法通過電腦操作鞏固其對代碼的理解，不利于對新知識的吸收和掌握，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。

2.2 缺乏練習(xí)及實(shí)際應(yīng)用

Python的學(xué)習(xí)僅通過課堂老師講授理論知識的方式相對枯燥，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)動力，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)起來沒有興趣。因此，需要伴隨大量的代碼練習(xí)和實(shí)際案例，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立寫代碼的能力，為真正成為應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)。然而當(dāng)前學(xué)生很難接觸到實(shí)際的工程案例，缺乏具體應(yīng)用需求，導(dǎo)致課堂教學(xué)與工程應(yīng)用脫節(jié)。

2.3 老師和學(xué)生溝通交流的時(shí)間及途徑較少

由于老師和學(xué)生課程較多，師生間彼此交流的時(shí)間很少，學(xué)生在課后的學(xué)習(xí)過程中，很難及時(shí)地將問題反饋給老師，使得老師也無法掌握學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況和效果。

由于專業(yè)建設(shè)的核心內(nèi)容是課程建設(shè)，課堂教學(xué)質(zhì)量的提升是關(guān)鍵問題，現(xiàn)有Python課程存在的這些問題，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，使得課堂教學(xué)的質(zhì)量不高。因此，亟須構(gòu)建一個(gè)支持遠(yuǎn)程在線調(diào)試的Python課程，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐聯(lián)系，促進(jìn)師生積極交流，從而保障課程教學(xué)質(zhì)量的提升。

綜上所述，為進(jìn)一步增強(qiáng)Python課程的實(shí)踐應(yīng)用性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析與編程技能，Python課程的實(shí)踐教學(xué)改革也是不可避免的趨勢。

3 支持遠(yuǎn)程調(diào)試的Python教學(xué)方式改革

3.1 軟件平臺搭建

3.1.1 編譯軟件Jupyter Notebook

對于剛接觸“Python語言”的學(xué)生來說，比較受歡迎的軟件有：Anaconda3、IPython、Jupyter Notebook和Pycharm等。其中，Jupyter Notebook是一個(gè)交互式筆記本，支持運(yùn)行40多種編程語言，其本質(zhì)是一個(gè)Web應(yīng)用程序，便于創(chuàng)建和共享文學(xué)化程序文檔，支持實(shí)時(shí)代碼、數(shù)學(xué)方程、可視化，用途包括：數(shù)據(jù)清理和轉(zhuǎn)換，數(shù)值模擬，統(tǒng)計(jì)建模，機(jī)器學(xué)習(xí)，等等。Jupyter Notebook就像一個(gè)草稿本，能將文本注釋、數(shù)學(xué)方程、代碼和可視化內(nèi)容全部組合到一個(gè)易于共享的文檔中，以Web頁面的方式展示，是數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)的必備工具。結(jié)合本專業(yè)學(xué)生開設(shè)Python課程的目的，課程組選取Jupyter Notebook作為編譯代碼的軟件。

3.1.2 遠(yuǎn)程調(diào)試軟件Termux和Aid Learning

為了滿足離開實(shí)驗(yàn)室后學(xué)生在課下復(fù)習(xí)及完成作業(yè)的需求，可以通過在移動終端安裝Termux和Aid Learning軟件，并配備Jupyter，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程代碼調(diào)試。

Termux是Android平臺上的一個(gè)終端模擬器，它將眾多Linux上運(yùn)行的軟件和工具近乎完美地移植到了手機(jī)端。無須任何復(fù)雜的安裝和配置過程，軟件裝好以后即會自動配置一個(gè)基本的運(yùn)行環(huán)境，用以執(zhí)行一些常見的Linux命令。

Termux下可以進(jìn)行Python環(huán)境搭建以及Jupyter開發(fā)環(huán)境搭建。從而我們可以在手機(jī)上使用Jupyter Notebook運(yùn)行Python代碼，解決大一學(xué)生沒有電腦無法進(jìn)行代碼調(diào)試的問題。

Python代碼可移植性強(qiáng)，PC平臺開發(fā)的代碼可以直接在手機(jī)端運(yùn)行和調(diào)試，為學(xué)生自主進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了便利的環(huán)境。安卓平臺可以運(yùn)行PPython的APP有QPython、Temux和Pydroid3[3]。

Aid Learning在Android手機(jī)上構(gòu)建了一個(gè)帶圖形界面的Linux系統(tǒng)(不需要Root)，和Android系統(tǒng)共生共存，并內(nèi)置了目前排名top7的深度學(xué)習(xí)框架包括Caffe、Tensorflow、Mxnet、Pytorch、Keras、Ncnn、Opencv。AidLearning同時(shí)是一款口袋AI編程工具，內(nèi)置的AiCode可視化編程器，可以在手機(jī)上用Python(同時(shí)支持Python2和Python3)輕松零基礎(chǔ)編程，支持觸摸拖拽式界面設(shè)計(jì)，支持代碼實(shí)時(shí)調(diào)試和圖形化運(yùn)行。

3.1.3 共享代碼平臺GitHub

GitHub可以共享代碼(托管代碼)，它也是一個(gè)開源平臺，可以用來下載很多知名開源項(xiàng)目的源代碼，在修改項(xiàng)目的時(shí)候，可以創(chuàng)建一個(gè)分支，在修改完成后將它合并到主分支，進(jìn)行版本管理。利用GitHub收集學(xué)生作業(yè)，免去花時(shí)間和學(xué)生溝通作業(yè)問題，也便于期末平時(shí)成績匯總。同時(shí)，學(xué)生接觸GitHub后可從上面下載其他優(yōu)秀Python項(xiàng)目以供進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

GitHub是一個(gè)代碼托管云服務(wù)網(wǎng)站，幫助開發(fā)者存儲和管理其項(xiàng)目源代碼，且能夠追蹤、記錄并控制用戶對其代碼的修改。它會自動記錄代碼的修改，在必要的時(shí)候，能夠快速回退到之前的版本。

GitHub是世界頂級開發(fā)者的聚集地，在這里幾乎可以找到任何想要的東西。在遵守其License的前提下，可以免費(fèi)使用、下載許多優(yōu)秀、著名的開源項(xiàng)目。GitHub上有很多優(yōu)秀開源項(xiàng)目和教程資源去學(xué)習(xí)。

3.1.4 線上資源課程資源開發(fā)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提升，在這兩三年來，國內(nèi)的在線教育獲得大量資本注入，國內(nèi)各大高等院校也開始積極研發(fā)、制作在線課程。線上免費(fèi)教學(xué)資源主要包括MOOC、網(wǎng)頁公開課、騰訊課堂、學(xué)習(xí)通、雨課堂、B站等，這些平臺可以幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

越來越多的學(xué)?；蚪逃龣C(jī)構(gòu)采用線上教育的方式，這種方式雖然打破了地域上的限制，但是也有一定的弊端。如缺乏互動性、缺乏實(shí)踐、缺乏有效的管理。在教學(xué)過程中可以將線上線下教育結(jié)合起來，從而使學(xué)生更容易接受知識。

3.2 移動終端上Python調(diào)試環(huán)境搭建

3.2.1 利用Termux搭建Python運(yùn)行環(huán)境

安卓手機(jī)上利用超級終端Termux安裝Python運(yùn)行環(huán)境，這樣可以應(yīng)付沒有電腦的情況，可以隨時(shí)練習(xí)Python基礎(chǔ)，Termux是一個(gè)Android的高級終端模擬器，安裝后可以在Android手機(jī)上搭建一個(gè)完整的Linux環(huán)境，開源且支持Apt管理軟件包，十分方便安裝各類軟件，完美支持Python、PHP、Ruby、Go、Nodejs、MySQL等等。

Termux有官方的軟件源，網(wǎng)速不快，國內(nèi)用戶下載安裝Termux后可以修改配置使用清華軟件源，安裝更新各類軟件速度很快[2]，上面的軟件基本與Linux軟件源保持同步，安裝后效果如圖1所示。

圖1 Termux安裝界面

依次安裝Jupyter、Numpy、Pandas、Matplotlib等包。輸入Jupyter Notebook并復(fù)制運(yùn)行結(jié)果下的網(wǎng)址，打開瀏覽器得到Python代碼編寫頁面，如圖2所示。

圖2 瀏覽器中Python代碼編輯頁面

學(xué)生可在此頁面內(nèi)調(diào)試測試教材及課上演示代碼，也可將完成作業(yè)提交到Github上，如圖3所示。

圖3 移動終端代碼運(yùn)行效果圖

3.2.2 利用Aid Learning搭建Python運(yùn)行環(huán)境

移動終端搭建Python運(yùn)行環(huán)境也可使用工具軟件Aid Learning。相比Termux而言，借助Aid Learning安裝Jupyter過程更加簡便。在Aid Learning中打開應(yīng)用中心，搜索Jupyter，點(diǎn)安裝即可完成插件安裝，如圖4所示。

圖4 在Aid Learning中安裝Jupyter

安裝后的效果如圖5所示。

圖5 移動終端上安裝Jupyter

點(diǎn)擊Jupyter圖標(biāo)，代碼編輯運(yùn)行頁面與圖2、圖3所示方式相同。

3.3 作業(yè)發(fā)布、收集及資源共享

課下可通過GitHub和學(xué)生之間進(jìn)行溝通交流，解決學(xué)生課上不懂的問題，同時(shí)發(fā)布課上資料、課后作業(yè)，學(xué)生通過GitHub下載完成后上傳，如圖6所示。

圖6 學(xué)生在Github上傳作業(yè)文件夾

同時(shí)GitHub上可以接觸到最新的、最前沿的IT技術(shù)。任何軟件或者產(chǎn)品在上線發(fā)布之前，都有開發(fā)的過程和測試的過程，GitHub上可以接觸到這些產(chǎn)品的初始狀態(tài)、中間狀態(tài)和發(fā)布狀態(tài)，可以第一時(shí)間了解到產(chǎn)品的動向。而且根據(jù)GitHub上每年發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以知道哪些技術(shù)是最火熱的技術(shù)，及時(shí)跟上這些技術(shù)，這對Python課程的學(xué)習(xí)有很大幫助。

在線下課程的基礎(chǔ)上，借助線上課程資源，引導(dǎo)學(xué)生課下學(xué)習(xí)。為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價(jià)方式的選取直觀重要。結(jié)合Python程序設(shè)計(jì)課程輕理論重應(yīng)用的特點(diǎn)，關(guān)于該課程的考核，可選擇多元化過程考核方法[3]。

階段性測試則利用線上考試專用題庫組卷，且要求學(xué)生線下統(tǒng)一時(shí)間和地點(diǎn)在老師監(jiān)督下完成，最大限度保證測試的公平性、有效性[4]。

期末成績需包含線上課程學(xué)習(xí)，例如，可采取課程學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)截圖后予以平時(shí)成績加分的形式。為了保證公平性隨機(jī)試卷中所涉及的知識點(diǎn)、分值以及題型均保持一致，力爭通過多元化考核方法實(shí)現(xiàn)科學(xué)評價(jià)[5]。

結(jié)語

“Python語言”的學(xué)習(xí)重在實(shí)踐，學(xué)生需要有大量的案例實(shí)踐才能盡快上手。手機(jī)端運(yùn)行Python代碼可解決一部分學(xué)生沒有電腦無法運(yùn)行代碼的問題，可隨時(shí)隨地測試代碼。GitHub提供教師與學(xué)生交流學(xué)習(xí)的平臺，讓學(xué)生能更好地接受這門課。線上資源的利用突破了教學(xué)的時(shí)空限制，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升了教學(xué)質(zhì)量。這種教學(xué)模式整合了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，達(dá)到資源共享，給學(xué)生提供了更好的學(xué)習(xí)平臺[5]。